傳熱學(xué)-緒論+第一章 new

傳熱學(xué)

（HeatTransfer）精選ppt參考書

教材:《傳熱學(xué)》楊世銘、陶文銓編著，第三版《傳熱學(xué)》戴鍋生，第二版《數(shù)值傳熱學(xué)》陶文銓編著《對流換熱》V.S.阿巴茲《凝結(jié)和沸騰》施明恒等編著《輻射換熱》余其錚編著HeatTransfer(2ndEdition),byAnthonyF.MillsHeatTransfer,byJ.P.HolmanFundamentalsofHeatTransfer,byF.P.Incropera,D.P.DeWitt

精選ppt

緒論§0-1概述

1.傳熱學(xué)（HeatTransfer）(1)研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，具體來講主要有熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計(jì)算和測試方法(2)

熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩从袦夭罹蜁?huì)有傳熱溫差是熱量傳遞的推動(dòng)力

精選ppt2傳熱學(xué)應(yīng)用實(shí)例自然界與生產(chǎn)過程到處存在溫差傳熱很普遍

b夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？c北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？越厚越好？a人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么？精選ppt(2)特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題動(dòng)力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、核能、航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、新材料、軍事科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)與生物技術(shù)…(3)幾個(gè)特殊領(lǐng)域中的具體應(yīng)用a航空航天：衛(wèi)星與空間站熱控制；b微電子：電子芯片冷卻c生物醫(yī)學(xué)：腫瘤高溫?zé)岑?；生物芯片；組織與器官的冷凍保存d軍事：飛機(jī)、坦克；激光武器；彈藥貯存e制冷：跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)/熱泵；高溫水源熱泵f新能源：太陽能；燃料電池精選ppt3傳熱過程的分類按溫度與時(shí)間的依變關(guān)系:穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)4熱量傳遞的三種基本方式導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))對流(熱對流)熱輻射。精選ppt1導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）(Conduction)(1)定義：指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象(2)物質(zhì)的屬性：可以在固體、液體、氣體中發(fā)生(3)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：a必須有溫差；b物體直接接觸；c依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量；d在引力場下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。精選ppt(4)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻

0t

dxdtQ導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻Q圖1-3導(dǎo)熱熱阻的圖示精選ppt

(5)導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度有關(guān)。意義：是指單位厚度的物體具有單位溫差時(shí)，在它的單位面積上每單位時(shí)間的導(dǎo)熱量。精選ppt例題1-1例題1-1一塊厚度δ=50mm的平板，兩側(cè)表面分別維持在試求下列條件下的熱流密度。材料為銅，λ=375w/(mK);材料為鋼，λ=36.4

w/(mK);材料為鉻磚，λ=2.32

w/(mK)；材料為鉻藻土磚，λ=0.242

w/(mK)。解：參見圖1-3。及一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式有：精選ppt鉻磚：

硅藻土磚：討論：由計(jì)算可見，由于銅與硅藻土磚導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差別，導(dǎo)致在相同的條件下通過銅板的導(dǎo)熱量比通過硅藻土磚的導(dǎo)熱量大三個(gè)數(shù)量級。因而，銅是熱的良導(dǎo)體，而硅藻土磚則起到一定的隔熱作用銅：鋼：精選ppt定義：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。(2)對流換熱：當(dāng)流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程，他與單純的對流不同，具有如下特點(diǎn)：

a導(dǎo)熱與熱對流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程

b必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差

c壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層2對流（熱對流）(Convection)精選ppt圖1-4對流換熱中邊界層的示意圖對流換熱的分類無相變：強(qiáng)迫對流和自然對流有相變：沸騰換熱和凝結(jié)換熱精選pptConvectionheattransfercoefficient(4)對流換熱的基本計(jì)算公式——牛頓冷卻公式h—

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)—熱流量[W]，單位時(shí)間傳遞的熱量q—熱流密度A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度—流體溫度精選ppt——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量影響h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等（Convectionheattransfercoefficient）(5)對流換熱系數(shù)(表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))精選ppt(6)對流換熱熱阻：(Thermalresistanceforconvection)

精選ppt定義：有熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象(2)特點(diǎn)：a、任何物體，只要溫度高于0K，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b、可以在真空中傳播；c、伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d、具有強(qiáng)烈的方向性；e、輻射能與溫度和波長均有關(guān)；f、發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。

3熱輻射(Thermalradiation)精選ppt(3)生活中的例子：a當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱；b冬天的夜晚，呆在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒有窗簾時(shí)要舒服；c太陽能傳遞到地面d冬天，蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在0℃以上，但地面卻可能結(jié)冰。(4)輻射換熱物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞，它與單純的熱輻射不同。精選ppt精選ppt(5)輻射換熱的特點(diǎn)a不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量b在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換物體熱力學(xué)能電磁波能物體熱力學(xué)能c無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫精選ppt輻射換熱的研究方法：假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心熱輻射的共性規(guī)律，忽略其他因素，然后，真實(shí)物體的輻射則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實(shí)驗(yàn)獲得修正系數(shù)，從而獲得真實(shí)物體的熱輻射規(guī)律黑體的定義：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長，因此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng)黑體輻射的控制方程：Stefan-Boltzmann

定律

，

，真實(shí)物體則為：

精選ppt圖1－7兩黑體表面間的輻射換熱（9）兩黑體表面間的輻射換熱精選ppt例題1-2

一根水平放置的蒸汽管道，

其保溫層外徑d=583mm，外表面實(shí)測平均溫度及空氣溫度分別為，此時(shí)空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3.42W/(m2K),保溫層外表面的發(fā)射率問：（1）此管道的散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式；（2）計(jì)算每米長度管道的總散熱量。量為：精選ppt解：（1）此管道的散熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式。（2）把管道每米長度上的散熱量記為當(dāng)僅考慮自然對流時(shí)，單位長度上的自然對流散熱量為：精選ppt近似地取室內(nèi)物體及墻壁的溫度為室內(nèi)空氣溫度，于是每米長度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為：討論：計(jì)算結(jié)果表明，對于表面溫度為幾到幾十?dāng)z氏度的一類表面的散熱問題，自然對流散熱量與輻射具有相同的數(shù)量級，必須同時(shí)予以考慮。精選ppt§0-2傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程的定義：兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的換熱2傳熱過程包含的傳熱方式：導(dǎo)熱、對流、熱輻射輻射換熱、對流換熱、熱傳導(dǎo)精選ppt3一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞忽略熱輻射換熱，則左側(cè)對流換熱熱阻固體的導(dǎo)熱熱阻右側(cè)對流換熱熱阻精選ppt上面?zhèn)鳠徇^程中傳遞的熱量為：傳熱系數(shù)，是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。單位面積的傳熱熱阻

傳熱系數(shù)精選ppta

k越大，傳熱越好。若要增大k，可增大注意：b

非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析法ch1、h2的計(jì)算方法及增加k值的措施是本課程的重要內(nèi)容精選ppt第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)精選ppt1.溫度場

（1）定義：是指某一時(shí)刻空間所有各點(diǎn)溫度的總稱（2）表達(dá)式：三維非穩(wěn)態(tài)溫度場2.等溫面

定義：同一時(shí)刻，溫度場中所有溫度相同的點(diǎn)連接所構(gòu)成的面3.等溫線

（1）定義：不同的等溫面與同一平面相交，則在此平面上構(gòu)成的一簇曲線（2）特點(diǎn)：溫度不同的等溫面或等溫線決不相交§1-1基本概念及傅立葉定律1基本概念精選ppt4.溫度梯度

（1）定義：自等溫面上某點(diǎn)到另一個(gè)等溫面，以該點(diǎn)法線方向的溫度變化率為最大。以該點(diǎn)法線方向?yàn)榉较?，?shù)值也正好等于這個(gè)最大溫度變化率的矢量稱為溫度梯度。（2）表達(dá)式：

（3）正向是朝著溫度增加的方向精選ppt5.溫度降度

（1）定義：是溫度梯度的負(fù)值（2）表達(dá)式：（3）正向是朝著溫度降低的方向6.熱流矢量（1）熱流密度：單位時(shí)間單位面積上所傳遞的熱量（2）熱流矢量：等溫面上某點(diǎn)，以通過該點(diǎn)最大熱流密度的方向?yàn)榉较颍瑪?shù)值上也正好等于該方向熱流密度的矢量稱為熱流矢量。精選ppt2傅立葉定律（1）1822年，法國數(shù)學(xué)家Fourier:精選ppt（2）熱流矢量和溫度梯度位于等溫面的同一法線，但指向溫度降低的方向，熱流矢量與溫度梯度的方向永遠(yuǎn)相反x0t

dxdtQ一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)的導(dǎo)熱t(yī)1t2精選ppt（1）表達(dá)式：（2）表征物體導(dǎo)熱能力的大小§1-2導(dǎo)熱系數(shù)（3）導(dǎo)熱系數(shù)

同性材料非同性材料精選ppt§1-3導(dǎo)熱微分方程式

1假設(shè)條件（1）各項(xiàng)同性的連續(xù)介質(zhì);既與材料無關(guān)（2）常物性：導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度均為已知（3）有內(nèi)熱源qv2依據(jù)：能量守恒定律導(dǎo)入與導(dǎo)出的凈熱量+內(nèi)熱源=物體內(nèi)能的增加

精選ppt

3導(dǎo)熱微分方程式的推導(dǎo)a.d時(shí)間內(nèi)導(dǎo)入微元體的熱量

精選pptb.d時(shí)間內(nèi)導(dǎo)出微元體的熱量精選ppt(1)導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量(2)內(nèi)熱源(3)微元體內(nèi)能的增加

精選ppt導(dǎo)熱微分方程式、和c均為常數(shù)時(shí)精選ppt§1-4導(dǎo)熱過程的單值性條件

1幾何條件物體的幾何形狀和大小2物理?xiàng)l件物性參數(shù)是否隨時(shí)間變化；是否有內(nèi)熱源3時(shí)間條件穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)4邊界條件凡說明物體邊界上過程進(jìn)行的特點(diǎn)，反應(yīng)過程與周圍環(huán)境相互作用的條件精選ppt三類邊界條件（1）第一類邊界條件已知任何時(shí)刻物體邊界面上的溫度值

t|s=twt|s=f()（2）第二類邊界條件已知任何時(shí)刻物體邊界面上的熱流密度值q|s=qw

（3）第三類邊界條件已知邊界面周圍流體溫度tf和邊界面與流體之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h

q=h(t|s-tf)精選ppt本章小結(jié)：(1)導(dǎo)熱

Fourier定律：

(2)對流換熱

Newton冷卻公式：

(3)熱輻射

Stenfan-Boltzmann定律：

(4)傳熱過程

精選ppt思考題：1.熱量傳遞的基本方式及傳熱機(jī)理。2